Материал опубликован в журнале «Арсенал Отечества»

СКАЧАТЬ ПОСТЕРЫ И ФОТОГРАФИИ (Перейти в приложение VR360 без установки и регистрации)

Виктор Мураховский

Неметаллические материалы для флота

Современный военный флот в развитии кораблестроения делает акцент на скорость, маневренность, малозаметность, дальний огневой (ракетный, авиационный) удар, устойчивость к поражающим факторам высокоточного вооружения, надежность и длительность эксплуатации, удобство применения и обслуживания, в конечном счете — на растущее соотношение «эффективность — стоимость» в отношении всей военно-морской техники. В этих направлениях развивается не только военно-морской компонент вооруженных сил государств, отвечающий за морские (озерные) и речные акватории, но и другие силовые, спасательные и обеспечивающие «водоплавающие» государственные структуры: береговая охрана, морские силы погранвойск, силы надзора за водными ресурсами, административные водные органы и т.д. За рамками данной статьи остаются весьма обширные, возможно, являющиеся основными, с коммерческой позиции, сферы применения неметаллических материалов в интересах морского и речного (озерного) гражданского флота.
В основе развития практически всех перечисленных выше направлений развития военно-морской техники лежит использование инновационных неметаллических материалов, в том числе: арамидных волокон как основы для средств защиты и композитных составляющих, тканей из полиамидных и полиэфирных нитей, термостойких нитей и волокон, других специальных материалов.

Арамидные волокна как составная часть композитов в кораблестроении

Новые полимерные и металлополимерные композиционные материалы позволяют создавать безнаборные или редко подкрепленные набором корпусные конструкции из сэндвич-композиций с высокопрочными слоями из стеклопластика или стали и средним слоем из полимерных композиций низкой плотности. Применение таких материалов обеспечивает строительство современных высокоскоростных кораблей и катеров.
В условиях ужесточения требований по пожаробезопасности кораблей новых поколений возрастает значение многофункциональных теплозвукоизоляционных материалов и покрытий для обустройства судовых помещений. Малая плотность материалов при обеспечении пожаробезопасности позволяет применять их в архитектуре надводной части кораблей всех типов, что способствует улучшению устойчивости, уменьшению радиолокационной заметности, облегчению эксплуатации.
Также из композиционных материалов изготавливаются спасательные шлюпки, способные вывести экипаж корабля из зоны пожаров и взрывов в случае критического повреждения корабля.
В сочетании с другими армирующими материалами, арамидные волокна и ткани применяют в кораблестроении в основном для изготовления маломерных кораблей и шлюпок, постройки немагнитных кораблей для борьбы с подводным морским оружием, корабельных надстроек, радиопрозрачных кожухов радиоэлектронных средств. Ведущим производителем арамидного волокна в России является АО «Каменскволокно», а специальных тканей на арамидной основе — ЗАО «Королевская шелковая фабрика «Передовая текстильщица».
Положение дел с композитами в российском кораблестроении подробно характеризует Владимир Николаевич Половинкин — основоположник известной научной школы по проблемам обеспечения живучести, надежности и безопасности судовых и корабельных боевых и технических средств на базе высоких наукоемких технологий.
Выбор армирующего наполнителя определяется его удельными характеристиками: удельным напряжением и удельным модулем. С точки зрения прочности полимерных композиционных материалов (ПКМ) предпочтение следует отдавать арамиду, карбону.
Применение новых полимерных композиционных материалов в конструкциях кораблей и судов регламентируется ТТХ изделий ВМФ. При проектировании и изготовлении изделий Заказчик требует подтверждение достижения ТТХ, причем традиционно, путем проведения испытаний, как самих материалов, так и конструкций из них. Объем испытаний определяется на основании нормативных документов, определяющих внедрение и постановку на производство новых ПКМ, которые на сегодня значительно устарели и противоречат друг другу, что является одной из причин, сдерживающих внедрение новых ПКМ в кораблестроении.
На сегодняшний день в отечественном судостроении действуют несколько основных нормативных документов, регламентирующих применение ПКМ:

• ОСТ 5.9310-78 «Стеклопластики конструкционные для корпусов кораблей и судов. Правила приемки»;
• РД 5.0401-85 «Система разработки и постановки продукции на производство. Порядок разработки, испытаний, приемки и постановки на производство неметаллических материалов»;
• «Положение о постоянной межведомственной комиссии по приемке новых и модифицированных для конструкций, изделий и покрытий для военного и гражданского судостроения», а также Правила РМРС;
• другие ГОСТ РВ, не имеющие прямого отношения к ПКМ, но обязательны для выполнения.

Указанные документы не отвечают современному уровню разработок ПКМ и технологий их переработки, и находятся в противоречии с современной методологией проектирования конструкций и изделий из ПКМ.
Ситуация с широким внедрением ПКМ в военном кораблестроении усугубляется тем, что в 1990-х гг. было практически ликвидировано производство отечественных композиционных материалов. В результате к 2000 г. на отечественном рынке разрешенной для применения в судостроении осталась одна марка полиэфирной смолы, одна марка эпоксидной смолы и три марки стеклоткани. Указанные материалы были применены для изготовления надстройки и амортизационной рамной конструкции российских корветов пр. 20380.
В 2007–2011 гг. с учетом отсутствия современных отечественных исходных материалов для ПКМ, проектирование и изготовление базового тральщика проекта12700 велось исключительно на импортных материалах производства Финляндии и Швеции. В течение 5 лет за счет бюджетных средств РФ импортные материалы прошли всесторонние сертификационные испытания и были допущены для применения в судостроении.
В 2011 г. начаты работы по импортозамещению. В рамках Федеральной целевой программы «Развитие гражданской морской техники» по результатам ОКР «Аксиал» были разработаны опытные партии отечественных материалов: полиэфирной и винилэфирной огнестойкой смол, мультиаксиальные стеклоткани и углеткани. Испытания ПКМ на их основе показали возможность применения материалов в судостроении взамен используемых импортных. Однако, для их применения при проектировании и изготовлении в изделиях ВМФ необходимо проведение комплекса сертификационных испытаний, которые запланированы на 2014–2016 гг. в рамках ОКР «Биаксиал» (В. Н. Половинкин, засл. деятель науки РФ, д.т.н., проф. «Перспективные конструкционные материалы. Часть I. Для специальной морской техники, судостроения и военного кораблестроения». Опубликовано РИА «PRо Атом», www.proatom.ru, 2015 г.).

Плавсредства из ПВХ

Широкое применение в производстве резино-технических изделий в качестве основы нашли ткани из полиамидных и полиэфирных нитей, выпускаемые основным производителем ЗАО «КШФ «Передовая текстильщица». Разнообразие вырабатываемых тканей по всему спектру физико-механических характеристик позволяет применять их в изделиях для флота, инженерных войск, МЧС и других структур, использующих свои подразделения на воде. Это легкие и прочные надувные средства широкого диапазона применения: лодки, плоты, понтоны, жилеты и прочие изделия.
Резина издавна считается традиционным для надувных лодок и других плавающих надувных средств, к тому же дешевым материалом. Однако за такими изделиями нужен постоянный уход, они плохо переносят перепады температуры, повышенную влажность и, конечно, воздействие всяких химических веществ. Также резина из-за своей тонкости вскоре начинает пропускать воду, абсолютно не противостоит ударным нагрузкам, пробивается колющими и режущими предметами. Конструкция резиновой лодки или понтона не позволяет использовать двигатели нормальной мощности.
Резино-технических изделия на основе тканей из полиамидных и полиэфирных нитей (ПВХ) — имеют гораздо лучшие тактико-технические параметры. Даже неармированные, они все равно значительно превосходят свойства резины. Условия хранения для них не столь важны. Для продолжительного плавания и сложных условий применения (в том числе в военном деле) обычно используют лодки и другие изделия из армированного ПВХ. Лодки из армированного ПВХ — достаточно жесткие плавсредства, которые можно оснащать внутренним оборудование (банки, настилы, укрытия, станки под вооружение). Лодка из армированного ПВХ может быть оборудована транцами для установки мощного силового агрегата. Но главное преимущество изделий из армированного ПВХ — это высокая безопасность и надежность эксплуатации.

Защита кораблей и экипажей

Современные корабли, в сравнении с периодом Второй мировой войны, практически не имеют броневой защиты. Акцент в их конструкциях сделан на снижение заметности, маневренность, насыщенность радиоэлектронными средствами и системами высокоточного вооружения.
Поэтому надстройки кораблей обычно выполняют из легких металлических сплавов и композиционных материалов.
Вместе с тем, основным средством поражения надводных морских целей сейчас стали крылатые противокорабельные ракеты воздушного и морского базирования с осколочно-фугасными и проникающими боевыми частями (БЧ). Никакая броня не способна противостоять подобным боевым частям. Однако есть возможность снизить воздействие БЧ на оборудование и экипаж корабля за счет улавливания осколков (локализации повреждений).
Так, при проектировании современных американских эскадренных миноносцев УРО типа «Арли Бёрк» особое внимание конструкторами и разработчиками проекта уделялось вопросам надлежащего обеспечения конструктивной защиты и живучести корабля.

Корвет проекта 20380

Жизненно важные боевые посты расположены ниже главной палубы; антенные посты РЭВ распределили по кораблю с целью уменьшения вероятности поражения. Посты управления противолодочными сенсорами и управления стрельбой ракет «Томагавк» помещены отдельно от боевогог информационного цента. Помещения главной энергетической установки, радиоэлектронных средств и постов управления имеют кевларовую противоосколочную защиту в виде подбоя на основе арамидных тканей. Всего для защиты основных боевых постов и агрегатов каждого эсминца типа «Арли Бёрк» при строительстве расходуется более 130 тонн кевлара (в том числе около 70 тонн этого материала использовано для защиты боевых постов).
В качестве примера эффективности противоосколочной защиты корабля американские специалисты приводят атаку на эсминец УРО «Коул» (тип «Арли Бёрк») осенью 2000 года в порту Адена.
Эсминец был атакован управляемым террористами-смертниками моторным катером из стеклопластика, начинённым примерно 200 кг взрывчатки. В результате подрыва в средней части корпуса на уровне ватерлинии образовалась большая пробоина, были затоплены кубрики и каюты экипажа. Были выведены из строя газотурбинные двигатели, гребной вал, возник пожар. Тем не менее, корабль остался на плаву, пожар был потушен.
Хотя жертвами взрыва стали 17 человек, наличие противоосколочного подбоя не позволило разлететься горящим осколкам и локализовало как пожар, так и место разрушений. Эсминец позже был отремонтирован и вновь введен в состав флота
Американские военно-морские специалисты считают, что при отсутствии противоосколочного подбоя число жертв непосредственно при взрыве было бы в разы больше, а корабль вряд ли удалось бы спасти.
Свидетельством высокой оценки роли противоосколочного подбоя в защите кораблей стало усиление конструктивных мер защиты, включая площадь защиты кевларом, эсминцев постройки серии IIa (с 2002 г.).
Для защиты экипажей кораблей и военнослужащих морской пехоты используются бронежилеты и каски. При этом в России разработан и принят на снабжение плавающий бронежилет «Корсар МП», выполняющий как защитные, так и аварийно-спасательные функции.
По тактико-техническим характеристикам «Корсар МП» превосходит мировые аналоги и позволяет военнослужащим свободно двигаться в воде, применять оружие. При этом необходимо учитывать, что характеристики бронежилета подтверждены заводскими и государственными испытаниями. Они несколько лет проводились в подразделениях морской пехоты. В конце концов, удалось совместить казалось бы несовместимое — плавучесть и бронезащиту.
Повышенная плавучесть в бронежилетах «Корсар МП» создаётся за счёт использования не воздуха, а особой ткани. Она не впитывает влагу. Из неё изготавливают съёмные спинные и два боковых демпфера.
Специальная ткань обеспечивает защиту уровня 1+ класса по ГОСТу. При необходимости бронежилет комплектуется бронепанелями, при этом уровень защиты повышается до 5-го класса.
Таким образом, если в области создания индивидуальных средств защиты морской пехоты и экипажей кораблей можно отметить видимые успехи., то в области использования композитных материалов и противоосколочной защиты кораблей еще предстоит многое сделать.